RF подзарядка работает как источник питания IoT устройств, и её мощность считается от расстояния и эффективности выпрямителя. Принцип работает без батареи или с малой батареей, и его расчёт определяет, сколько пакетов устройство отправит в сутки. В статье разобраны мощность приёма, КПД выпрямителя, энергия за сутки, пакеты, расстояние, цикл сна и порядок построения подзарядки.
Мощность приёма и её расчёт
Мощность приёма считается от излучения источника, и её расчёт определяет всё устройство. Формула потерь фундаментальна, и её расчёт для практических случаев даёт следующее, станция с эффективной мощностью 58 дБм на частоте 2 ГГц на дистанции 20 метров даёт потери 64,5 дБ и принятую мощность 58 − 64,5 + 3 = минус 3,5 дБм, что составляет 0,45 милливатта. Связь с дистанцией фундаментальна, рост дистанции до 100 метров даёт принятую мощность минус 17,5 дБм или 18 микроватт, до 500 метров минус 31,5 дБм или 0,7 микроватт, и её падение с расстоянием фундаментально. Практическая связка, дистанция, потери и мощность, и их сумма работает на расчёт. Мощность считается главным входом выпрямителя, и её уровень работает на КПД. Практическое решение, расчёт мощности для фактической геометрии, её учёт в дизайне и проверка, и их сумма работает на устройство. Высокая мощность считается на коротких дистанциях, и её уровень работает на эффективность. Проверка идёт измерением фактической мощности на антенне устройства, и её уровень сравнивается с расчётом. Экономия на расчёте платится неверным дизайном, и его цена в устройстве измеряется микроваттами. Для IoT устройств мощность приёма считается первым расчётом, и его результат работает на весь дизайн. Практическая работа с направленной антенной заслуживает отдельного взгляда. Направленная передающая антенна работает на усиление, и его децибелы считаются в бюджет. Усиление на 10 дБ работает на мощность вдесятеро, и его уровень считается в дистанции. Направленная антенна с её диаграммой работает на приём соседних станций, и его исключение считается в развязке. Практическая связка, приём соседей, развязка и мощность, и их сумма работает на уровень. Проверка идёт измерением мощности при разных антеннах, и её данные работают на бюджет.
КПД выпрямителя и его уровни
КПД выпрямителя работает на преобразование радиочастоты в постоянный ток, и его уровни считаются от входной мощности. Расчёт для практических уровней даёт следующее, выпрямители на диодах Шоттки дают КПД 20-40 процентов при входной мощности минус 10-минус 3 децибелм, и его уровень падает с мощностью. Связь с мощностью фундаментальна, при мощности микроваттного уровня КПД падает до единиц процентов, и её падение работает на устройство. Практическая связка, вход, КПД и уровень, и их сумма работает на расчёт. КПД считается от порога диодов, и его напряжение работает на открытие. Практическое решение, подбор диодов под уровень входа, их схема с умножителем напряжения и проверка, и их сумма работает на КПД. Умножители напряжения работают на низкие уровни, и их каскады считаются в схеме. Проверка идёт измерением КПД при разных уровнях входа, и его кривая сравнивается с расчётом. Экономия на выпрямителе платится энергией, и её цена в устройстве измеряется микроваттами. Для IoT устройств КПД считается вторым слагаемым расчёта, и его уровни работают на энергию. Практическая работа с умножителями напряжения заслуживает отдельного взгляда. Каскады умножителей работают на напряжение при слабом входе, и их число считается в схеме. Потери каскадов работают на КПД, и их компромисс считается в выборе. Проверка идёт измерением КПД при разных каскадах, и его данные работают на выбор. Уровень КПД при низких мощностях остаётся ограничением технологии, и его развитие работает на применении.
Энергия и её расчёт за сутки
Энергия за сутки считается от мощности и времени, и её расчёт определяет устройство. Расчёт для практических дистанций даёт следующее, на 20 метрах при мощности 0,45 милливатта и КПД 30 процентов устройство получает 134 микроватта постоянного тока, за сутки 134e-6 × 86400 = 11,6 джоуля. На 100 метрах при мощности 18 микроватт устройство получает 5 микроватт после выпрямителя, за сутки 0,46 джоуля. На 500 метрах при 0,7 микроватта устройство получает 0,2 микроватта, за сутки 0,02 джоуля. Связь с дистанцией фундаментальна, каждое удвоение расстояния урезает энергию вчетверо, и её падение работает на применении. Практическая связка, дистанция, мощность и энергия, и их сумма работает на расчёт. Энергия считается в накопителе, и его ёмкость считается в устройстве. Практическое решение, конденсатор с его ёмкостью, накопление и расход, и их сумма работает на устройство. Ёмкость накопителя работает на буфер, и её уровень считается в применении. Проверка идёт измерением накопленной энергии за сутки, и её величина сравнивается с расчётом. Экономия на накопителе платится пропусками, и их цена в устройстве измеряется недополученными джоулями. Для IoT устройств энергия за сутки считается главным бюджетом, и его расчёт работает на применение. Практическая работа с конденсатором заслуживает отдельного взгляда. Ёмкость конденсатора работает на буфер энергии, и её уровень считается в устройстве. Напряжение конденсатора работает на его ёмкость, и её выбор считается в расчёте. Проверка идёт измерением накопления при разных ёмкостях, и его данные работают на выбор. Конденсатор с его токами утечки работает на долгосрочное накопление, и его утечка считается в расчёте. Практическая связка, утечка, накопление и время, и их сумма работает в расчёте. Проверка идёт измерением утечки за сутки, и её данные работают на выбор.
Пакеты и их энергобюджет
Пакеты работают как потребители энергии, и их бюджет считается от накопления. Расчёт для практического случая даёт следующее, передача пакета с его обработкой стоит 1 миллиджоуль при мощности 100 милливатт и длительности 10 миллисекунд, и её величина работает на подсчёт. Связь с накоплением фундаментальна, на 20 метрах устройство с 11,6 джоулями в сутки отправляет 11602 пакета, на 100 метрах с 0,46 джоулями 464 пакета, на 500 метрах 19 пакетов. Связь с дистанцией фундаментальна, падение пакетов с дистанцией работает на применение, и его выбор считается от задачи. Практическая связка, энергия, пакеты и дистанция, и их сумма работает на расчёт. Пакет работает на его длительность и мощность, и их произведение считается в энергобюджете. Практическое решение, расчёт энергобюджета для фактического пакета, его сокращение и проверка, и их сумма работает на устройство. Сокращение пакета работает на число пакетов, и его выигрыш считается в применении. Практическое решение, короткие пакеты для дальних дистанций, их оптимизация и проверка, и их сумма работает на применении. Проверка идёт измерением фактического энергопотребления пакета, и его величина сравнивается с расчётом. Экономия на пакете платится числом передач, и их цена в применении измеряется сутками. Для IoT устройств пакет считается единицей потребления, и его бюджет работает на число передач. Практическая работа с обработкой пакета заслуживает отдельного взгляда. Обработка пакета работает на его энергию, и её доля считается в расчёте. Сокращение обработки работает на число пакетов, и его выигрыш считается в применении. Проверка идёт измерением энергии обработки, и её данные работают на бюджет.
Расстояние и его пределы
Расстояние работает как главный ограничитель RF подзарядки, и его пределы считаются от потерь. Расчёт для практических дистанций даёт следующее, каждое удвоение дистанции добавляет 6 децибел потерь, и её рост работает на мощность вчетверо меньше. Связь с потерь фундаментальна, дистанция 500 метров даёт мощность микроваттного уровня, и её уровень работает на крайнее применение. Практическая связка, дистанция, потери и применение, и их сумма работает на пределы. Пределы считаются от задачи, и её требования работают на дистанцию. Практическое решение, расчёт предельной дистанции от энергобюджета, её оценка для задачи и проверка, и их сумма работает на применении. Направленные антенны на передающей стороне работают на дальность, и их усиление считается в бюджет. Практическая связка, направленность, усиление и дальность, и их сумма работает на пределы. Проверка идёт измерением мощности на разных дистанциях, и её данные сравниваются с расчётом. Экономия на расчёте дистанции платится недоступной связью, и её цена в устройстве измеряется применениями. Для IoT устройств расстояние считается главным выбором применения, и его расчёт работает на дизайн. Практическая работа с размещением устройства заслуживает отдельного взгляда. Размещение вблизи источников работает на мощность, и его выбор считается в применении. Направление антенны устройства работает на приём, и его выбор считается в размещении. Проверка идёт измерением мощности при разных размещениях, и его данные работают на выбор.
Цикл сна и его работа
Цикл сна работает на экономию энергии, и его структура считается в устройстве. Расчёт для практического случая даёт следующее, устройство спит большую часть времени, просыпается на приём и передачу, и его среднее потребление снижается в разы. Связь со сном фундаментальна, сон потребляет микроамперы, активная работа милливатты, и их соотношение работает на среднее. Практическая связка, сон, работа и среднее, и их сумма работает на энергобюджет. Цикл считается от частоты передачи, и её период работает на среднее. Практическое решение, цикл сна с его частотой, активная работа и их баланс, и их сумма работает на энергию. Пробуждение работает на приём, и его готовность считается в применении. Практическая связка, пробуждение, готовность и применение, и их сумма работает на цикл. Проверка идёт измерением среднего потребления в эксплуатации, и его уровень сравнивается с расчётом. Экономия на цикле платится потреблением, и его цена в энергию измеряется джоулями. Для IoT устройств цикл сна считается главным экономайзером, и его структура работает на энергобюджет. Сон с его структурой считается в применении, и его баланс работает на расчёт. Практическая работа с порогом накопления заслуживает отдельного взгляда. Порог накопления работает на передачу, и его уровень считается в цикле. Передача при достижении порога работает на эффективность, и её схема считается в устройстве. Проверка идёт измерением эффективности при разных порогах, и её данные работают на цикл.
Порядок построения RF подзарядки
RF подзарядка строится в шесть шагов:
- расчёт мощности приёма для фактической дистанции;
- подбор выпрямителя и его КПД под уровень входа;
- расчёт энергии за сутки и её бюджета;
- расчёт пакетов и их числа за сутки;
- расчёт предельной дистанции от энергобюджета;
- построение цикла сна и проверка измерением.
Такой порядок превращает RF подзарядку из концепции в рассчитанное питание устройства. Практика IoT подтверждает масштаб, устройства на коротких дистанциях работают от RF подзарядки без батареи, и каждый шаг цикла конвертируется в энергобюджет напрямую. Оптимизация сбора энергии остаётся той частью IoT устройств, где радиофизика и питание работают вместе, и умение вести её расчёт от мощности до цикла сна определяет, что устройство проработает на практике. Практическая связка подзарядки с жизнью устройства заслуживает отдельного взгляда. Подзарядка ведётся вместе с циклом сна и его бюджетом, и их совместная работа считается в энергобалансе. Изменение частоты работы устройства работает на пересчёт энергии, и его данные обновляются при каждом изменении. Документирование энергии с её статистикой работает на обслуживание, и его данные работают на следующие версии устройства. Практическая работа с прототипами заслуживает отдельного взгляда. Прототипы с их измерениями работают на подтверждение расчётов, и их данные сравниваются с моделью. Проверка прототипов идёт при разных условиях, и её данные работают на дизайн.